矛盾矩阵与40个发明原理的实际应用.ppt

1、六、矛盾矩阵与40个发明原理,1、39个通用工程参数 2、40个发明原理 3、矛盾矩阵的组成 4、矛盾矩阵的应用,TRIZ理论认为，发明问题的核心是解决矛盾，未克服矛盾的设计不是创新设计，设计中不断的发现并解决矛盾，是推动产品向理想化方向进化的动力。产品创新的标志是解决或移走设计中的矛盾，从而产生出新的具有竞争力的新技术、新产品。,如何将一个具体的问题转化并表达为一个TRIZ的问题呢?TRIZ理论中的一个方法是使用通用工程参数来进行问题的表达，通用工程参数是连接具体问题与TRIZ理论的桥梁。 在问题的定义、分析过程中，选择39个工程参数中相适宜的参数来表述系统的性能，这样就将一个具体的问题用T

2、RIZ的通用语言表述了出来。,1、39个通用工程参数,（1）运动物体的重量是指在重力场中运动物体多受到的重力。如运动物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。 （2）静止物体的重量是指在重力场中静止物体所受到的重力。如静止物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。 （3）运动物体的长度是指运动物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。 （4）静止物体的长度是指静止物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。 （5）运动物体的面积是指运动物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。 （6）静止物体的面积是指静止物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。 （7）运动物体的体积是指运动物体所占有

3、的空间体积。 （8）静止物体的体积是指静止物体所占有的空间体积。,（9）速度是指物体的运动速度、过程或活动与时间之比。 （10）力是指两个系统之间的相互作用。对于牛顿力学，力等于质量与加速度之积。在TRIZ中，力是试图改变物体状态的任何作用。 （11）应力或压力是指单位面积上的力。 （12）形状是指物体外部轮廓或系统的外貌。 （13）结构的稳定性是指系统的完整性及系统组成部分之间的关系。磨损、化学分解及拆卸都降低稳定性。 （14）强度是指物体抵抗外力作用使之变化的能力。 （15）运动物体作用时间是指物体完成规定动作的时间、服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。（16）静止物体作用

4、时间是指物体完成规定动作的时间、服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。 （17）温度是指物体或系统所处的热状态，包括其他热参数，如影响改变温度变化速度的热容量。,（18）光照度是指单位面积上的光通量，系统的光照特性，如亮度、光线质量。 （19）运动物体的能量是指能量是物体做功的一种度量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。能量也包括电能、热能及核能等。 （20）静止物体的能量是指能量是物体做功的一种度量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。能量也包括电能、热能及核能等。 （21）功率是指单位时间内所做的功，即利用能量的速度。 （22）能量损失是指为了减少能量损失，需要不同的技

5、术来改善能量的利用。 （23）物质损失是指部分或全部、永久或临时的材料、部件或子系统等物质的损失。,（24）信息损失是指部分或全部、永久或临时的数据损失。 （25）时间损失是指一项活动所延续的时间间隔。改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。 （26）物质或事物的数量是指材料、部件及子系统等的数量，它们可以被部分或全部、临时或永久地改变。 （27）可靠性是指系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力。 （28）测试精度是指系统特征的实测值与实际值之间的误差。减少误差将提高测试精度。 （29）制造精度是指系统或物体的实际性能与所需性能之间的误差。 （30）物体外部有害因素作用的敏感性是指物体对

6、受外部或环境中的有害因素作用的敏感程度。 （31）物体产生的有害因素是指有害因素将降低物体或系统的效率，或完成功能的质量。这些有害因素是由物体或系统操作的一部分而产生的。 （32）可制造性是指物体制造过程中简单、方便的程度。,（33）可操作性是指要完成的操作应需要较少的操作者、较少的步骤以及使用尽可能简单的工具。 （34）可维修性是指对于系统可能出现失误所进行的维修要时间短、方便和简单。 （35）适应性及多用性是指物体或系统响应外部变化的能力，或应用于不同条件下的能力。 （36）装置的复杂性是指系统中元件数目及多样性，如果用户也是系统中的元素将增加系统的复杂性。掌握系统的难易程度是其复杂性的一

7、种度量。 （37）监控与测试的困难程度是指如果一个系统复杂、成本高、需要较长的时间建造及使用，或部件与部件之间关系复杂，都使得系统的监控与测试困难。测试精度高，增加了测试的成本也是测试困难的一种标志。 （38）自动化程度是指系统或物体在无人操作的情况下完成任务的能力。自动化程度分为最低级别、中等级别、最高级别。 （39）生产率是指单位时间内所完成的功能或操作数。,根据39个通用工程参数的特点，可分为物理及几何参数、技术负向参数、技术正向参数3大类。 1、物理及几何参数，共15个：运动物体的重量，静止物体的重量，运动物体的长度，静止物体的长度，运动物体的面积，静止物体的面积，运动物体的体积，静止

8、物体的体积，速度，力，应力或压力，形状，温度，光照度，功率。 2、技术负向参数，指这些参数提高时，系统的性能变差，共11个：运动物体作用时间，静止物体作用时间，运动物体的能量，静止物体的能量，能量损失，物质损失，信息损失，时间损失，物质或事物的数量，物体外部有害因素作用的敏感性，物体产生的有害因素。 3、技术正向参数，指这些参数提高时，系统的性能变好，共13个：结构的稳定性，强度，可靠性，测试精度，制造精度，可制造性，可操作性，可维修性，适应性及多用性，装置的复杂性，监控与测试的困难程度，自动化程度，生产率。,例如：法兰连接的工程参数确定。 两段管道的接口处，经常会用到法兰连接。因为维修时法兰

9、连接需要拆开，所以希望螺钉数量少些，以便快速完成拆卸工作，同时，系统的重量可以轻些。但从密封的角度讲，又要求螺钉数量尽可能的多，以得到均匀的密封压力，尤其在输送一些高温高压气体时，对螺钉数量要求更多。 问题：如果保证密封性好，则维修时需要耗费较长时间来拆卸，效率低，系统重量大。 对照39个工程参数来描述，欲改善的工程参数是： 1、静止物体的重量； 2、可操作性； 3、系统的复杂性。 随之欲恶化的参数是： 1、结构的稳定性； 2、可靠性。,2、40个发明原理,1、分割原理（分离法） （1）将物体分成独立的部分。 （2）使物体成为可拆卸的。 （3）增加物体的分割程度。 实例：组合家具，分类垃圾箱，

10、百叶窗，分体式冰箱等。 如下图：分体式电子琴可以拆卸为相互独立的部分，即可单独使用又可联合使用，既便于携带又节省空间。,组合家具,分类垃圾箱,分体式电子琴,2 、抽取原则（提取法） （1）从物体中抽出产生负面影响的部分或属性。 （2）从物体中抽出必要的部分或属性。 实例：避雷针，舞台上的反光镜。 如下图：避雷针利用金属导电原理，将可能对建筑物造成损害的雷电引入大地，以消除雷电对建筑物的损害。,3 、局部性质原则（局部质量改善法） （1）从物体或外部介质（外部作用）的一致结构过渡到不一致结构。 （2）使物体的不同部分具有不同的功能。 （3）物体的每一部分均应具备最适于它工作的条件。 实例：瑞士军

11、刀，家庭药箱，分割式餐盒，多功能手表（兼备通话、存储等功能）等。 如下图：瑞士军刀整个刀身的不同部分具有其不同的功能。,4 、不对称原则（非对称法） （1）物体的对称形式转为不对称形式。 （2）如果物体是不对称的，则加强它的不对称程度。 实例：将电脑的插口设置为非对称性的以防止不正确使用；为增强防水保温性，采用多重坡的屋顶等。 如下图：双角不对称机床铣刀可以增加摩擦力，有利于提高工作效率。,5 、联合原则（组合法） （1）把相同的物体或完成类似操作的物体联合起来。 （2）把时间上相同或类似的操作联合起来。 实例：集成电路板，冷热水混水器等。 如下图：集成电路板将电子元件组合起来，有利于发挥整体

12、功能并节约空间。,集成电路板,冷热水混水器,6 、多功能原则（一物多用法） 每一个物件、物体具有多项功能以取代其余部件。 实例：可以坐的拐杖，可当作U盘使用的MP3，多功能螺丝刀等。如下图：数码摄像机兼有摄像、照相、录音、存储器功能。,数码摄像机,7、 嵌套原则（套叠法） （1）一个物体位于另一物体之内，而后者又位于第三个物体之内等。 （2）一个物体通过另一个物体的空腔。 实例：俄罗斯套娃，伸缩式荧光棒，伸缩式天线，推拉门等。 如下图：多功能螺丝刀只有一个刀柄，却有很多刀头，便于携带和使用。,俄罗斯套娃,多功能螺丝刀,推拉门,8 、反重量原则（巧提重物法） （1）将物体与具有上升力的另一物体结

13、合以抵消起重量。 （2）将物体与介质（最好是气动力和液动力）相互作用以抵消重量。 实例：热气球，广告条幅氢气球，快艇等。 如下图：热气球利用燃烧形成的热空气升空。,）,广告条幅氢气球,快艇,热气球,9 、预先反作用原则（预先反作用法） （1）事先施加反作用力，用来消除不利影响。 （2）如果一个物体处于受拉伸状态，预先施加压力。 实例：钉马掌，给树木罩上黑色的防护网等。 如下图：给树木刷上渗透漆以阻止树木腐烂。,10 、预先作用原则（预先作用法） （1）预先完成要求的作用（整个的或部分的）。 （2）预先将物体安防妥当，使它们能在现场和最方便地点立即完成所起的作用。 实例：在停车场安装的缴费系统、

14、胎儿营养剂叶酸等。 如下图：灭火器在易于发生火灾的地点安放好，用来快速消除火灾发生时的不利影响。,灭火器,胎儿营养剂,11 、预先应急措施原则（预先防范法） 以事先准备好的应急手段补偿物体的低可靠性。 实例：安全气囊，降落伞备用包，安全出口，电梯的应急按钮等。 如下图：事先给汽车安装安全气囊，在发生事故时使对驾驶员的伤害降到最低。,安全气囊,降落伞备用包,12 、等势原则（等势法） 改变工作状态而不必升高或降低物品。 实例：汽车修理部的地下修理通道，悬挂式流水线等。 如下图：现在的大型工厂大部分采用流水线生产，传送带上的物品是不动的，而传送带旁的机械手臂代替了人的劳动，在不改变位置的前提下可以

15、上下左右自由伸缩，提高了生产效率。,13、 相反原则（逆向作用法） （1）不用常规的解决方法，反其道而行之。 （2）使物体或外部介质的活动部分变成为不动的，而使不动的成为可动的。 （3）将物体运动部分颠倒。 实例：起跑器，做泥塑时用的转盘，滚梯等。 如下图：跑步机将不动的地面变成了可动的橡胶滚轮，减少了人们锻炼时空间和场地的限制。,14 、球形原则（曲面化法） （1）从直线部分过渡到曲线部分，从平面过渡到球面，从正六面体或平行六面体过渡到球形结构。 （2）利用滚筒、球体、螺旋等结构。 （3）利用离心力，以回转运动代替直线运动。 实例：圆形跑道，圆珠笔的笔尖，洗衣机，汽车的轮胎等。 如下图：滚轮

16、办公椅将固定的椅腿变为可随意移动的圆轮，方便工作人员移动。,滚轮办公椅,洗衣机,15 、动态原则（动态法） （1）物体（或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。 （2）将物体分成彼此相对移动的几个部分。 （3）使不动的物体成为动的。 实例：用于矫正牙齿的记忆合金，分成一段一段的利于转弯的火车车厢，可以弯曲的吸管、柔性结肠镜等。 如下图：可折叠式健身器可以折叠，节约空间。,折叠椅 笔记本电脑,可折叠式健身器,16 、局部作用或过量作用原则（部分超越法） 如果难于取得百分之百的效果，则应当部分达到或超越理想效果。这样可以把问题大大简化。 实例：抹墙时总是先将大量水泥抹在墙上，然后除去

17、多余的；给自行车打气不一定要百分之百打满。 如下图：用针管抽取液体的时候不可能直接吸入准确的剂量，而是先多吸取而后将多余的液体排除，这样大大简化了操作难度。,17、 向另一维度过渡原则（多维法） （1）如果物体作线性运动（或分布）有困难，则使物体在二维空间（即平面）上移动。相应的，在一个平面上的运动或分布可以过渡到三维空间。 （2）利用多层结构替代单层结构。 （3）将物体倾斜或侧置。 （4）利用指定面的反面。 （5）利用投向相邻面或反面的光流。 实例：旋转楼梯，拔地而起的高楼，双面集成电路板等。 如下图：为了节约城镇居住空间，将单层的平房改为楼房。,18 、机械振动原则（机械振动法） （1）使

18、物体振动。 （2）如果已在振动，则提高它的振动频率。 （3）利用共振频率。 （4）用压电振动器替代机械振动器。 实例：超声波清洗，音叉等。 如下图：电动剃须刀利用振动原理将胡子刮的更干净。,音叉,石英钟,电动剃须刀,19 、周期作用原则（离散法） （1）从连续作用过渡到周期作用（脉冲）。 （2）如果作用已经是周期的，则改变周期性。 （3）利用脉冲的间歇完成其他作用。 实例：警笛，收音机用各种不同波段来传递信息，心脏起搏器等。 如下图：警车的警笛利用其周期性原则，避免噪音过大，并且使人对其更敏感。,20 、连续有益作用原则（有效作用持续法） （1）连续工作（物体的所有部分均应一直满负荷工作）。

19、（2）消除空转和间歇运转。 （3）将重复运动改为转动。 实例：内燃机火车的活塞装置，循环流水线等。 如下图：喷墨打印机的打印头在回程也执行打印操作，以免空转，消除间歇性动作。,21、 紧急行动原则（快速法） 快速执行一个危险或有害的作业。高速跃过某过程或其个别阶段（如有害的或危险的）。 实例：照相机的闪光灯等。 如下图：照相机使用闪光灯，高速闪烁，避免给人眼造成危害。,照相机,22、 变害为益原则（变害为利法） （1）利用有害因素（特别是介质的有害作用）获得有益的效果。 （2）通过有害因素与另外几个有害因素的组合来消除有害因素。 （3）将有害因素加强到不再是害的程度。 实例：再生塑料，再生纸，

20、利用粪便和生活垃圾产生沼气等。 如下图：将可能污染环境的废旧物品回收，加工后重新利用。,23 、反馈原则（反馈法） （1）进行反向联系。 （2）如果已有反向联系，则改变它。 实例：自动控温装置，声控喷泉等。 如下图：驾驶室各种仪表将车辆所处的行驶状态反馈给驾驶员，便于驾驶员操作车辆。,24 、中介物原则（中介法） （1）利用中介物质传递某一物体或中间过程。 （2）在原物体上附加一个易拆装的物体。 实例：钢琴用的拨子，放菜的托盘，化学反应的催化剂，提升物体的滑轮等。 如下图：用托盘将热杯子托起避免烫伤。,托盘,25 、自服务原则（自助法） （1）物体应当为自我服务，完成辅助和修理工作。 （2）利

21、用废弃的资源、能量和物质。 实例：可以自己充电的机器人，用食物和野草等有机废物做的肥料等。 如下图：计算机自我更新、自我修复功能，避免人们繁琐复杂的劳动和可能犯下的错误，节省时间。,26 复制原则（复制法） （1）用简单而便宜的复制品代替难以得到的、复杂的、昂贵的、不方便的或已损坏的物品。 （2）用光学图像替代原物。 （3）可见光仪器可有红外线或紫外线仪器代替。 实例：宇航员模拟训练系统，公园中的微缩景观，售楼处的楼盘模型，卫星图像代替实地考察等。 如下图：手机拍摄、传输图像极大地满足了人们的需要。,27、替代原则（替代法） 用便宜的物品替代贵重的物品，对性能稍作让步。 实例：假花代替经常更换

22、的真花，一次性物品替代价格昂贵且需要存储的物品，用模型替代真是物品。 如下图：一次性水杯替代了陶瓷、金属水杯，避免了浪费。塑料盆景代替鲜花盆景，可长期使用。,一次性水杯,28 、机械系统的替代原则（系统替代法） （1）用光学、声学、味学等设计原理代替力学设计原理。 （2）用电场、磁场和电磁场同物体相互作用。 （3）由恒定转向不定场，由时间固定的场转向时间变化的场，由无结构的场转向有一定结构的场。 （4）利用铁磁颗粒组成的场。 实例：感应水龙头，感应门等。 如下图：感应式水龙头利用光学原理代替力学原理，省力同时节省水资源。,29 、气压或液压原则（压力法） 用气体结构和液体结构代替物体的固体部分

23、。 实例：消防救生的充气气垫，机动车的减震器等。 如下图：球鞋鞋底使用气垫，对脚有缓冲作用。,30 、利用软壳或薄膜原则（柔化法） （1）利用软壳和薄膜代替一般结构。 （2）用软壳和薄膜使物体与外部介质隔离。 实例：奥运会水立方等。 如下图：游乐园中的充气气球将人体与水隔离，使人能够体验在水中行走的乐趣。,31 、多孔材料原则（孔化法） （1）把物体做成多孔的或利用附加多孔原件（覆盖、镶嵌等）。 （2）如果物体是多孔的，事先用相应物质填充孔。 实例：纱窗，录音棚的隔音板，消声器等。 如下图：蜂窝煤，便于煤充分燃烧。,蜂窝煤,32、 变色原则（变色法） （1）改变物体或外部介质的颜色。 （2）改

24、变物体或外部介质的透明度。 （3）为了观察难以看到的物体或过程，利用染色添加剂。 （4）如果已采用了添加剂，则用荧光粉。 实例：彩色荧光棒，荧光灯等。 如下图：交警的警服有荧光粉的醒目标记，保证交警在黑暗环境中的醒目和安全。,33、 同质性原则（同化法） 同指定物体相互作用的物体应当用同一种或性质相近的材料制成。 实例：用金刚石切割钻石，螺丝与螺帽均采用钢材料。 如下图：插头与插座外壳都是塑料便于绝缘，防止漏电。,34 、抛弃与修复原则（自生自弃法） （1）已完成自己的使命或已无用的物体部分应剔除（溶解、蒸发等）或在工作过程中直接变化。 （2）消除的部分应当在工作过程中直接再利用。 实例：塑料

25、瓶回收消毒后再利用，将玻璃碎片回收制成新玻璃。 如下图：自动铅笔的笔芯可以随时被折断再按出新的笔芯。美工刀可以将不锋利的刀片折断，再推出新的刀片。,35 、改变物体性质原则 （性能转换法） （1）改变系统的物理状态。 （2）改变浓度或密度。 （3）改变灵活程度。 （4）改变温度或体积。 实例：酒心巧克力，洗手液等。 如下图：人们发现液体胶水不便于使用和携带，于是发明了固体胶。,36、 状态变化原则（相变法） 利用相变时发生的现象，例如体积变化、放热或吸热。 实例：水凝固时体积增大，燃烧蜡烛获得光，加湿器利用水蒸发增加室内空气湿度。 如下图：弹簧利用形状的改变举起物体。,37 、热膨胀原则（热膨

26、胀法） （1）利用物体热胀冷缩的性质。 （2）利用热膨胀系数不同的材料。 实例：热气球因膨胀而升上天，利用热膨胀将压扁的乒乓球回复原形。 如下图：温度计利用液体热胀冷缩的原理测温。,38 、氧化原则（逐级氧化法） （1）用富氧空气代替普通空气。 （2）用纯氧代替富氧空气。 （3）用电离辐射作用于空气或氧气。 （4）用离子化的氧气。 （5）用臭氧替换离子化的氧气。 实例：潜水用氧气瓶，鼓风机利用空气流动加强氧气输入量。 如下图：炼钢中使用的强氧化枪，利用纯氧提高火焰温度，便于切割。,39、 惰性环境原则（惰性环境法） （1）用惰性介质代替普通介质。 （2）在真空中进行某些过程。 实例：电解NaO

27、H制取Na要在惰性环境下进行。 如下图：电灯泡内充入惰性气体或制成真空防止灯丝过快氧化。,40 、复合材料原则（复合材料法） 用复合材料代替单一材料。 实例：复合地板，合成橡胶轮胎等。 如下图：笔记本电脑外壳使用复合材料，增加强度，保护电脑。,阿奇舒勒通过对大量专利的研究、分析、比较、统计，归纳出了当39个工程参数中的任意2个参数产生矛盾时，化解该矛盾所使用的发明原理，这就是著名的40个发明原理。阿奇舒勒还将工程参数的矛盾与发明原理建立了对应关系，整理成一个3939的矩阵，以便使用者查找。这个矩阵称为阿奇舒勒矛盾矩阵。矛盾矩阵是浓缩了对大量专利研究所取得的成果，矩阵的构成非常紧密而且自成体系。

28、,阿奇舒勒矛盾矩阵使问题解决者可以根据系统中产生矛盾的2个工程参数，从矩阵表中直接查找化解该矛盾的发明原理，并使用这些原理来解决问题。,3、矛盾矩阵的组成,矛盾矩阵的第1，2列和第2，1行分别为39个通用工程参数的序号和名称。第2列是欲改善的参数，第1行是恶化的参数。3939的工程参数从行、列2个维度构成矩阵的方格共1521个，其中1263个方格中，每个方格中有几个数字，这几个数字就是TRIZ所推荐的解决对应工程矛盾的发明原理的序号。,45度对角线的方格，是同一名称工程参数所对应的方格(黑色带“+”的方格)，表示产生的矛盾是物理矛盾，不在技术矛盾应用范围之内。“-”方格表示没有找到合适的发明原

29、理来解决问题，当然只是表示研究的局限，并不代表不能够应用发明原理。,查找矛盾矩阵 根据问题分析所确定的工程参数，包括欲“改善的参数”和欲“恶化的参数”，查找矛盾矩阵。假设欲改善的参数是加大“运动物体的重量”，随之恶化的参数是“速度”的损失。 首先沿“改善的参数”箭头方向，从矩阵的第2列向下查找欲“改善的参数”所在的位置，得到“1运动物体的重量”； 然后沿“恶化的参数”箭头方向，从矩阵的第1行向右查找被“恶化的参数”所在的位置，得到“9速度”； 最后，以改善的参数所在的行和恶化的参数所在的列，对应到矩阵表中的方格中，方格中的系列数字就是建议解决此对工程矛盾的发明原理的序号，这4个号码分别是：2，

30、815，38。 对应的发明原理是：2抽取，8配重，15动态化，38加速氧化。,应用矛盾矩阵的步骤： 1、确定技术系统的名称。 2、确定技术系统的主要功能。 3、对技术系统进行详细的分解。划分系统的级别，列出超系统、系统、子系统各级别的零部件，各种辅助功能。 4、对技术系统，关键子系统，零部件之间的关系和作用进行描述。 5、定位问题所在的系统和子系统，对问题进行准确的描述。避免对整个产品或系统笼统的描述，以具体到零部件级为佳，建议使用“主语+谓语+宾语”的工程描述方式，定语修饰词尽可能少。 6、确定技术系统应改善的特性。 7、确定并筛选待设计系统被恶化的特性。因为，提升欲改善的特性的同时，必然会

31、带来其他一个或多个特性的恶化，对应筛选并确定这些恶化的特性。因为恶化的参数属于尚未发生的，所有确定起来需要“大胆设想，小心求证”。 8、将以上2步所确定的参数，对应表1所列的39个通用工程参数进行重新描述。工程参数的定义描述是一项难度颇大的工作，不仅需要对39个工程参数的充分理解，更需要丰富的专业技术知识。,4、矛盾矩阵的应用,9、对工程参数的矛盾进行描述。欲改善的工程参数、与随之被恶化的工程参数之间存在的就是矛盾。如果所确定的矛盾的工程参数是同一参数，则属于物理矛盾。 10、对矛盾进行反向描述。假如降低一个被恶化的参数的程度，欲改善的参数将被削弱，或另一个恶化的参数被改善。 11、查找阿奇舒勒矛盾矩阵表，得到阿奇舒勒矛盾矩阵所推荐的发明原 理序号。 12、按照序号查找发明原理汇总表，得到发明原理的名